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侵襲性の低いブレインインターフェース
科学者は、患者の脳の表面に直接置かれた電極のシートから記録された神経活動を使用して、指の動きと、患者が想像しているいくつかの音のどれを予測することができます。最終的には、研究者はこの調査結果を使用して、実際の指を動かすのと同じくらい精神的な労力をかけずに指を動かすロボットの手や、想像上の単語を検出するコンピューターインターフェースなど、直感的な義手を開発したいと考えています。このビジョンを実現するために、科学者たちはまた、より小さく、より柔軟な技術を開発しています。これは、より簡単に移植され、脳との接触を改善することができます。最新のブレイン・コンピューター・インターフェース技術の詳細は、今週ワシントンDCで開催されたSociety forNeurosciencesカンファレンスで発表されました。
脳を刺激する： 外科医は、電気的活動を記録するために脳の表面に電極のシートを置くことを含む皮質脳波検査（ECoG）を使用して、てんかん患者の発作の原因をマッピングします。ここに示されているのは、各電極の位置を明らかにするオーバーレイを備えた脳のX線写真です。
それは、非常に直感的なブレイン・コンピューター・インターフェースと、非常に堅牢な録音プラットフォームの基盤を作ることができると言います。 ガーウィン・シャルク 、ニューヨーク州アルバニーにあるワズワースセンターの研究科学者で、プロジェクトの1つを主導しました。
Schalkと彼の同僚は、皮質の露出部分に電極のフラットアレイを配置して電気的活動を記録する皮質脳波検査（ECoG）として知られる手技を受けているてんかん患者を研究しました。通常、外科医はこの情報を使用して発作の原因を特定し、特定の脳機能の位置をマッピングします。これは、手術中は避ける必要があります。この技術は、頭皮を介して活動を記録する非侵襲的アプローチである脳波記録（EEG）よりも優れた空間分解能を生成します。 ECoGは現在、ブレイン・コンピューター・インターフェースで使用するために検討されています。脳には何も浸透しないため、ECoG信号の使用への関心が高まっており、それは電極を貫通する以上に人々にアピールする、と述べています。 マーク・シーバー 、ロチェスター大学医学部の医師および科学者であり、研究には関与していませんでした。
シャルクと彼の共同研究者は、5人の患者が特定の方法で手と指を動かし、特定の音を発声または想像したときに、運動皮質と音声に関与する脳の一部であるブローカ野からの電気的活動を記録しました。次に、研究者は特別に開発されたアルゴリズムを使用して、特定の動きや音に関連するパターンの神経活動を検索しました。 Schalk氏は、彼らがそれぞれの指をどのように曲げているかを知ることができます。さらに、研究者は、患者が想像していた2つの音のどちらかをリアルタイムで判断できました。この種の情報は、ブレイン・コンピューター・インターフェースを制御するために使用でき、末期に関連するような重度の麻痺を持つ人々にライフラインを提供します 筋萎縮性側索硬化症 、 神経変性疾患、または閉じ込め症候群。特定の種類の脳卒中の結果であり、患者は動いたりコミュニケーションをとることができなくなります。
麻痺していて話すことができないが、皮質はまだ大丈夫な場合は、「はい」または「いいえ」、「食べ物」、「水」などのいくつかの単語を送信する機能が非常に役立つ可能性があります、とSchieberは言います。しかし、問題は、ECoG信号から人間の言語のすべての音素をデコードできるかどうかです。ピンチとハンマーの持ち方など、さまざまな種類の握りを区別するのに十分な具体的な情報を入手できますか？
この情報を使用して義肢やコンピューターを制御するには、科学者は関連情報をリアルタイムで抽出できる必要もあります。 （現在のプロジェクトでは、分析は神経記録の後に行われました。）
Schalkらは、脳組織に埋め込まれた電極の代替案としてECoGを研究しています。科学者たちは、後者を義肢装具のインターフェースとして使用することで急速な進歩を遂げ、最近では、サルがブレインコンピューターインターフェースによって制御されるロボットアームで自分自身を養うことができ、麻痺した患者が同様の装置を使用してコンピューター画面上でカーソルを動かすことができることを示しています。細胞外の電気的活動を記録し、さまざまな細胞からの情報を平均化するECoGが、単一の細胞からの活動を記録する埋め込み電極と同じ精度を提供できるかどうかはまだ明らかではありません。手足のコントロールに関しては、ある程度基本的なものになると思います、と言います アンドリュー・シュワルツ 、ピッツバーグ大学の神経科学者。
ただし、ECoGにはいくつかの重要な利点があります。埋め込まれた電極を使用すると、記録された信号の品質が時間の経過とともに低下し、硬い電極がスクイーズ脳内を移動することがあるため、システムの再キャリブレーションが必要になります。 ECoGデバイスは、動きに対する感度が低くなります。そして、それらは脳の表面にあるため、埋め込まれた電極を損なうと考えられている免疫反応の影響を受けにくい可能性があります。表面電極は長期間の使用に適している可能性が高いとSchalk氏は言います。
現在開発中の小型化されたECoGデバイスは、この技術をさらに魅力的にする可能性があります。現在の手順では、外科医は電極アレイを挿入するために頭蓋骨の大きな部分を取り除く必要があります。しかし ジャスティンウィリアムズ、 ウィスコンシン大学マディソン校の生物工学者は、頭蓋骨の小さな穴から供給し、展開して皮質表面のより広い領域を覆うことができる小型のECoGデバイスを開発しています。電極アレイは、電子機器で頻繁に使用されるポリイミドと呼ばれる柔軟なポリマーに埋め込まれた白金線でできており、柔軟で濡れた脳に付着します。つまり、脳が動くにつれて動き、より良い信号をキャプチャします。それはジェロ型のサランラップのように機能します、とウィリアムズは言います。